Als je op zoek bent naar iets echt unieks, kijk dan eens naar de kosmische menage aux trois die door een team van internationale astronomen wordt uitgezaaid met behulp van de Green Bank Telescope (GBT). Het is voor het eerst dat onderzoekers een drievoudig stersysteem met een pulsar hebben geïdentificeerd en het team heeft de klokachtige precisie van de pulsar-beat al gebruikt om de effecten van zwaartekrachtinteracties te observeren.
'Dit is een werkelijk opmerkelijk systeem met drie gedegenereerde objecten. Het heeft drie fasen van massaoverdracht en een supernova-explosie overleefd en is toch dynamisch stabiel gebleven ”, zegt Thomas Tauris, eerste auteur van deze studie. “Pulsars zijn eerder gevonden bij planeten en de afgelopen jaren zijn er een aantal eigenaardige binaire pulsars ontdekt die een drievoudige systeemoorsprong lijken te vereisen. Maar deze nieuwe pulsar van een milliseconde is de eerste die wordt gedetecteerd met twee witte dwergen. '
Dit was niet zomaar een ontdekking. De waarnemingen van 4200 lichtjaar ver J0337 + 1715 kwamen van een intensief studieprogramma met verschillende van 's werelds grootste radiotelescopen, waaronder de GBT, de Arecibo-radiotelescoop in Puerto Rico en ASTRON's Westerbork Synthese-radiotelescoop in Nederland. De afgestudeerde student aan de West Virginia University, Jason Boyles, was de eerste die de milliseconde pulsar detecteerde, die bijna 366 keer per seconde ronddraaide en werd gevangen in een systeem dat niet groter is dan de baan van de aarde rond de zon. Deze hechte associatie, in combinatie met het feit dat het trio van sterren veel dichter is dan de zon, creëert de perfecte omstandigheden om de ware aard van de zwaartekracht te onderzoeken. Generaties wetenschappers hebben gewacht op een dergelijke gelegenheid om het ‘Strong Equivalence Principle’ te bestuderen, gepostuleerd in Einsteins theorie van algemene relativiteitstheorie. "Dit drievoudige stersysteem geeft ons het beste kosmische laboratorium ooit om te leren hoe dergelijke systemen met drie lichamen werken en mogelijk om problemen op te sporen met algemene relativiteit, die sommige natuurkundigen verwachten te zien onder zulke extreme omstandigheden", zegt eerste auteur Scott Ransom van de National Radio Astronomy Observatory (NRAO).
"Het was een monumentale observatiecampagne", zegt Jason Hessels van ASTRON (Nederlands Instituut voor Radioastronomie) en de Universiteit van Amsterdam. "Een tijd lang observeerden we deze pulsar elke dag, zodat we de ingewikkelde manier konden begrijpen waarop hij rond zijn twee begeleidende sterren bewoog." Hessels leidde de frequente monitoring van het systeem met de Westerbork Synthese Radiotelescoop.
Het onderzoeksteam pakte niet alleen een formidabele hoeveelheid gegevens aan, maar ging ook de uitdaging aan om het systeem te modelleren. "Onze waarnemingen van dit systeem hebben enkele van de meest nauwkeurige metingen van massa's in de astrofysica gemaakt", zegt Anne Archibald, ook van ASTRON. "Sommige van onze metingen van de relatieve posities van de sterren in het systeem zijn nauwkeurig tot op honderden meters, hoewel deze sterren ongeveer 10.000 biljoen kilometer van de aarde verwijderd zijn", voegt ze eraan toe.
Als leider van de studie creëerde Archibald de systeemsimulatie die de bewegingen voorspelt. Met behulp van de solide wetenschappelijke methoden die ooit door Isaac Newton werden gebruikt om het aarde-maan-zonnestelsel te bestuderen, combineerde ze de gegevens vervolgens met de 'nieuwe' zwaartekracht van Albert Einstein, die nodig was om de informatie te begrijpen. “In de toekomst biedt het systeem de wetenschappers de beste kans tot nu toe om een schending van een concept genaamd het Strong Equivalence Principle te ontdekken. Dit principe is een belangrijk aspect van de theorie van algemene relativiteitstheorie en stelt dat het effect van de zwaartekracht op een lichaam niet afhangt van de aard of interne structuur van dat lichaam. '
Een opfrissing nodig van het gelijkwaardigheidsbeginsel? Als je je dan niet meer herinnert dat Galileo twee verschillende gewogen ballen uit de scheve toren van Pisa laat vallen, dan herinner je je misschien dat Apollo 15 commandant Dave Scott een hamer en een valkveer liet vallen terwijl hij op het airless oppervlak van de maan stond in 1971 Dankzij spiegels die op het maanoppervlak zijn achtergelaten, zijn laserafstandsmetingen al jaren bestudeerd en vormen ze de sterkste beperkingen voor de validiteit van het equivalentieprincipe. Hier zijn de experimentele massa's de sterren zelf, en hun verschillende massa's en zwaartekrachtbindende energieën zullen dienen om te controleren of ze allemaal naar elkaar vallen volgens het Strong Equivalence Principle of niet. "Met behulp van het klokachtige signaal van de pulsar zijn we dit gaan testen", legt Archibald uit. "We zijn van mening dat onze tests veel gevoeliger zullen zijn dan eerdere pogingen om een afwijking van het Strong Equivalence Principle te vinden." "We zijn erg blij dat we zo'n krachtig laboratorium hebben om de zwaartekracht te bestuderen", voegt Hessels eraan toe. "Vergelijkbare sterrenstelsels moeten uiterst zeldzaam zijn in ons sterrenstelsel, en we hebben gelukkig een van de weinige gevonden!"
Oorspronkelijke verhaalbron: Astronomie Netherlands News Release. Verder lezen: Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR) en NRAO-persbericht.
